多输入多输出(MIMO, Multiple Input Multiple Output)技术因其可以在不增加时频资源的情况下,成倍提高系统频谱效率或提升系统传输性能而备受关注。其中空时分组码(STBC, Space Time Block Coding)设计由于能够在接收端译码复杂度较低的基础上获得分集增益,在MIMO技术研究中一直是热点。虽然已有的空时分组码研究方法不尽相同,但STBC码字都可以统一地通过线性扩散理论进行分析。通过线性扩散理论,可以将空时分组码设计转化为相应扩散矩阵的设计,使编码与代数理论相结合,且设计更加灵活。本论文基于线性扩散理论,针对不同传输场景要求,综合考虑编码的传输性能、编码速率和译码复杂度,进行空时编码设计,并且针对不同的STBC设计提出具体传输方案。论文的主要工作在于：1.本论文首先针对不同传输速率要求下的空时分组码进行线性扩散基矩阵的讨论和设计。在分析了现有的Clifford基矩阵后,提出一种双元素基矩阵的构造方法。这两种基矩阵集合都包括多种矩阵维度的基矩阵,在此基础上可以构造不同发射天线数下的正交和准正交空时分组码。最后通过综合衡量多种设计指标,得到不同传输速率要求、不同发射天线数的最优码字结构。论文本部分的讨论既有一定创新性又是全文的基础。2.对于高发射天线数的开环传输场景,本论文基于线性扩散理论创新性地提出一种高维度满速率的准正交空时编码方案。该编码设计的特点为：维度较高,满速率传输,并且译码复杂度可控。论文中对该编码设计的等效信道相关矩阵进行深入分析,得到结论：该编码等效信道的右奇异矩阵为独立于实际信道衰落的常数矩阵,其奇异值可以构成固定形式的对角矩阵。利用这个结论,论文中创新性地提出一种不需要反馈的预处理传输机制,即在发端通过对发射信号进行常数矩阵预处理,使得系统可以实现单符号线性检测的低译码复杂度检测,这种方案不但相对于最大似然译码复杂度大大降低,而且相对于传统线性检测在保证性能相同的基础上复杂度也明显降低。3.传统的视频广播系统基本都是基于等错误保护传输进行的,其缺陷是小区近端用户传输速率受限于小区远端用户的信道质量,而不等错误保护传输能够有效提高小区整体传输能力。论文中提出两类利用空时分组码实现不等错误保护的编码结构,其中第一类设计方案是在传统符号元素中通过功率分配参数叠加多层需要不等错误保护传输的数据,并在码字中改变功率分配参数的值来调节层间数据编码增益,从而实现不同层传输符号的不等性能；第二类是基于线性扩散理论进行构造的不等错误保护空时分组码,通过对扩散矩阵分组,分配不同的组内矩阵元素,实现不等错误保护传输。通过线性扩散理论的设计思路可以构造不同发射天线数下的不等错误保护空时分组码,并且可以保证不等错误保护传输的符号之间独立检测,而不存在干扰。另外,基于不等错误保护空时分组码模块,论文中进一步地提出一种分层多级联合处理传输方案,应用于视频广播系统中能够获得明显增益。4.当传输速率达到复用速率时,空时分组码最大似然译码的复杂度将随着发射天线数指数增长,所以此时设计线性算法即可检测的码字更有实际意义。本论文提出一种基于线性扩散理论设计的,通过Clifford基矩阵集合构造的复用速率空时编码。对该编码扩散矩阵约束条件进行分析,可以证明该编码能够达到线性检测前提下的最优性能。进一步的,论文提出一种低计算复杂度的单码流自适应调制编码传输方案,该方案与传统每天线速率控制相比,自适应调制编码选择次数明显降低,从而降低系统计算复杂度。